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Der ultimative Leitfaden für Dünnringlager
Dünnringlager wurden entwickelt, als Standard-Rillenkugellager für bestimmte Anwendungen nicht ausreichten. Dünnringlager haben im Verhältnis zu ihrem Durchmesser einen sehr kleinen Querschnitt. Dieses Design bestimmt, dass die Dünnringlager hat ein kleineres Bauvolumen und eine geringere Masse und erreicht gleichzeitig eine hohe Steifigkeit und Betriebsgenauigkeit.
Wälzlagerreihe genormt nach DIN ISO, der Querschnitt von Dünnringlagern nimmt mit zunehmendem Durchmesser zu, und alle Größen von Dünnringlagern einer Reihe haben den gleichen Querschnitt. „In der Branche gibt es mehrere Definitionen für Dünnschichtlager. Eine der gebräuchlichsten ist, dass ein Lager als Dünnschichtlager gilt, wenn der Durchmesser mehr als viermal größer als der radiale Querschnitt ist. Die Querschnittsabmessungen können variieren, in der Regel ist die Kugel jedoch doppelt so groß wie der Durchmesser.“ Typische Anwendungen für Dünnringlager sind jene kritischen Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist, das Gewicht minimiert werden muss, absolute Genauigkeit gewahrt bleiben muss und Last- und Drehmomentanforderungen weiterhin den Einsatz von Kugellagern erfordern. In solchen Anwendungen tragen Dünnringlager dazu bei, die Kosten im Vergleich zu Standard-Rillenkugellagergrößen zu senken und haben den Vorteil, dass nur ein Lager verwendet wird, was sich kaum auf das Gesamtgewicht auswirkt.
Für jede Dünnringlageranwendung gelten spezifische Anforderungen. Diese potenziellen Unterschiede machen einige Dünnringlager zu besseren Optionen als andere. Wenn es um Dünnringlager geht, sind drei verschiedene Typen zu berücksichtigen:
Eine Art Dünnschichtlager
Dünnringlager Typ C
Dünnringlager vom Typ X
Typ A – Schrägkontakt-Dünnringlager
Schrägring-Dünnringlager werden hauptsächlich in rauen Umgebungen mit hohen axialen Belastungen eingesetzt. Es wird im Allgemeinen nicht empfohlen, ein einzelnes Schrägkontakt-Dünnringlager vom Typ A zur Aufnahme von Momenten oder umgekehrten Axiallasten zu verwenden, aber zwei Lager vom Typ A als Duplex-Lagerpaar können solche Lasten problemlos aufnehmen. Die Stabilität, Belastbarkeit und Wiederholgenauigkeit von A-Typ-Schrägkontakt-Dünnschicht-Doppellagerpaaren sind besser als die von C-Typ-Dünnschichtlagern.
Beide Ringe der Schräg-Dünnringlager vom Typ A haben extra tiefe Kugelrillen (Rillentiefe = 25 % des Kugeldurchmessers).
Schrägkontakt-Dünnringlager vom Typ A verfügen über ausreichend Radialspiel, um einen Kontaktwinkel (α) von 30° zu erzeugen, der axialen Belastungen standhält.
Der Käfig des A-Typ-Schrägkontakt-Dünnschichtlagers befindet sich in einem kreisförmigen Beutel, in dem die Anzahl der Kugeln etwa 67 % aller Kugeln ausmacht.
TIPPE A Dünnringlager LADEZUSTAND | ||||
Radial | axial | Moment | Rückwärtsfahren | Kombiniert |
Gut | Ausgezeichnet | Paarweise verwenden | Paarweise verwenden | Gut |
Bietet eine größere (einseitige) axiale Belastbarkeit als C- oder X-Lager:
Der Außenring wird normalerweise angesenkt, um eine Schulter der Laufbahn zu reduzieren, und der Außenring wird der Einfachheit halber über dem Innenring, den Kugeln und dem Käfig montiert (mithilfe des Temperaturunterschieds zwischen den beiden Ringen).
Das Schrägkontakt-Dünnschichtlager vom Typ A ist ein nicht trennbares Lager, das größere Radiallasten und gleichzeitig eine große Axiallast in einer Richtung aufnehmen kann.
Bei der Aufnahme von Axiallasten sind die Oberflächen der Innen- und Außenringe von Dünnring-Schrägkontaktlagern des Typs A annähernd bündig, wodurch Vorspannungsanpassungen minimiert werden.
Schrägkontakt-Dünnringlager vom Typ A werden normalerweise gegenüber einem anderen Lager des gleichen Typs installiert, so dass axiale Belastungen vorhanden sind, um den Kontaktwinkel aufzubauen und aufrechtzuerhalten und umgekehrte axiale Belastungen mit minimaler axialer Bewegung aufzunehmen
Typ C – Radial-Kugel-Dünnringlager
C-Typ-Radialkontaktkugel-Dünnschichtlager verfügen über eine Rillenkugelkonstruktion, deren Rillen hohen Belastungen standhalten und die bevorzugte Lösung für Anwendungen mit radialen Belastungen sind. Wie zu erwarten ist, können Dünnringlager vom Typ C auch moderate Axiallasten, umgekehrte Axiallasten und Momentlasten bewältigen.
Beide Ringe von C-Typ-Radialkontaktkugel-Dünnringlagern verfügen über extra tiefe Kugelrillen (Rillentiefe = 25 % des Kugeldurchmessers).
Der Innenring weist innerhalb des Außenrings eine exzentrische Verschiebung auf, die etwa halb so groß ist wie die Kugel.
Die Ringe sind konzentrisch angeordnet und der Käfig/Separator trennt die Kugeln gleichmäßig über den gesamten Umfang.
Radialkontaktkugel-Dünnringlager vom Typ C funktionieren am besten, wenn zwischen der Kugel und dem Ring ein geringes Spiel (Radialspiel, das je nach Betriebsbedingungen vergrößert oder verkleinert werden kann) besteht.
TYP C Dünnringlager LADEZUSTAND | ||||
Radial | axial | Moment | Rückwärtsfahren | Kombiniert |
Ausgezeichnet | Gut | Gut | Gut | Gut |
Radialkontaktkugel-Dünnringlager vom Typ C sind so konstruiert, dass sich Kugel und Ring in der Mittelebene der Kugel berühren, wenn nur radiale Lasten aufgebracht werden. Obwohl sie in erster Linie für Anwendungen mit radialer Belastung konzipiert sind, haben C-Lager keine gefüllten Nuten und können einige axiale Belastungen in beide Richtungen aufnehmen. Die Fähigkeit, axialen Belastungen standzuhalten, hängt von der Größe des Lagerspiels nach dem Einbau ab. Durch die Erhöhung des Radialspiels über den Standardwert hinaus können C-Lager unter axialer Belastung einen größeren Kontaktwinkel aufweisen, was zu einer größeren axialen Belastbarkeit führt. In diesem Fall empfiehlt es sich, das Lager gegen ein anderes Lager ähnlicher Konstruktion anzupassen, um die Axialbewegung bei umgekehrter Axiallast zu reduzieren. Bei dieser Verwendung handelt es sich bei den Lagern im Wesentlichen um Schrägkugellager und nicht um Radialkugellager.
X-Typ – Dünnschichtlager mit Vierpunktkontakt
Im Gegensatz zu Dünnringlagerkonstruktionen vom Typ A und Typ C werden Dünnringlager vom Typ Diese Konstruktion macht Dünnringlager mit Vierpunktkontakt zu einer erstklassigen Option für Anwendungen, die ein ausreichendes Drehmoment oder umgekehrte Axiallasten in einem kleinen Gehäuse erfordern. Allerdings sind Vierpunktkontakt-Dünnringlager vom Typ Vierpunktkontakt-Dünnringlager vom Typ Es ist zu beachten, dass die Drehzahl (U/min) von Vierpunktkontakt-Dünnringlagern vom Typ
LASTBEDINGUNG TYP X | ||||
Radial | axial | Moment | Rückwärtsfahren | Kombiniert |
schlecht | Gut | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | schlecht |
Lager des Typs X unterscheiden sich von Lagern des Typs A und Typ C durch die Geometrie ihrer Laufrillen:
Typ C: Die Mittelpunkte der Radien liegen in der Mittelebene der Kugel.
Typ A: Die Ferrule und die Kugel stehen in Winkelkontakt und der Mittelpunkt des Rillenradius ist auf beiden Seiten der Kugelmittelebene um den gleichen Betrag versetzt.
X-Typ: Die Rillen in jedem Ring haben zwei Radien, deren Mittelpunkte von der Mittelebene der Kugel versetzt sind.
Die Rillentiefe in Lagern des Typs X ist die gleiche wie bei Typ A und Typ C (25 % des Kugeldurchmessers).
Die Besonderheiten des „Gotischen Bogens“ sind:
Ermöglicht einem einzelnen X-Lager die gleichzeitige Aufnahme von drei Arten von Lasten (radial, axial und Moment) (während Lager in Standardgröße normalerweise nur für die Aufnahme von radialen und axialen Lasten ausgelegt sind).
Dies macht es zu einem idealen Lager für viele Anwendungen, da ein einzelnes Vierpunkt-Kontaktkugellager häufig zwei Lager ersetzen kann, beispielsweise einen Satz aus zwei A-Rahmen-Lagern, die Rücken an Rücken angeordnet sind, und so ein vereinfachtes Design ermöglicht.
Die von rechts nach links auf den Innenring wirkende Axiallast wird am Punkt B vom Innenring auf die Kugel übertragen.
Die Last wird dann durch die Kugel zum Punkt D übertragen, wo sie auf den Außenring und die Tragstruktur übertragen wird.
Die Wirkungslinie BD bildet mit der radialen Mittellinie des Lagers einen nominellen Kontaktwinkel (α) von 30°.
Aufgrund der elastischen Verformung der Kugel und der Laufbahn entlang der Lastübertragungslinie wird die Belastung der Kugel an den Punkten A und C freigegeben, was eine gleichmäßige Drehung um die Achse senkrecht zur BD-Linie ermöglicht.
Wenn eine Axiallast von links nach rechts auf den Innenring ausgeübt wird, findet eine ähnliche Lastübertragung zwischen Punkt C und Punkt A statt.
Wie C-Typ-Lager haben X-Typ-Lager normalerweise Radialspiel. Der Nennkontaktwinkel und die axiale Belastbarkeit von Lagern des Typs X hängen jedoch nicht vom Spiel ab. Wenn die Axial- oder Momentbelastung erheblich ist, sollte der Spalt minimiert werden, um zu verhindern, dass der Kontaktwinkel zu groß wird. Zu beachten ist vor allem, dass die alleinige Verwendung des X-Lagers empfohlen wird. Von der Verwendung zweier X-Lager auf einer gemeinsamen Welle wird abgeraten, da dies zu unzulässigen Reibungsmomenten führen kann.
Belastungen für Dünnringlager
Lager stützen Wellen oder Gehäuse und ermöglichen so den freien Lauf unter Last. Oben haben wir verschiedene Dünnringlager analysiert, die radialen, axialen und Momentbelastungen standhalten können. Auf Dünnschichtlager können Belastungen in einer von zwei Himmelsrichtungen ausgeübt werden, wobei die resultierende Momentenbelastung (M) wie folgt berechnet werden kann:
M = Fa Sa + Fr Sr
M | = | Momentenbelastung [N·m] |
Fa | = | Axiallast [kN] |
Sa | = | Versatzabstand von der Lagerachse [m] |
Fr | = | Radiallast [kN] |
Sr | = | Versatzabstand von der Radialebene [m] |
Axiale Belastungen (Fa) wirken parallel zur Welle (Rotationsachse des Lagers), während radiale Belastungen (F r ) im rechten Winkel zur Rotationsachse wirken. Wenn diese Lasten von der Lagerachse (Abstand Sa) oder der Radialebene (Abstand Sr< /span>) abweichen, entsteht eine Endmomentbelastung (M). Durch den Einsatz von Computersoftware ist die Methode zur Bestimmung der Lagerlebensdauer komplexer und genauer geworden als frühere manuelle Berechnungen. Die tatsächliche Belastung wird auf das Lager ausgeübt und die resultierende Belastung auf jede Kugel in diesem Lager wird bestimmt. Aus dieser Berechnung lässt sich der statische Sicherheitsfaktor und die nominelle Lebensdauer L10 ermitteln.
Hauptradiallast
Je größer das Lagerspiel, desto weniger Kugeln müssen die Last tragen, was zu einer kürzeren dynamischen Lebensdauer führt.
Eine große Lagervorspannung kann das Lager überlasten, bevor die Last aufgebracht wird.
Hauptaxiallasten und Momentlasten
Ein größerer Spalt ermöglicht einen größeren Kontaktwinkel als die Kugel zur Laufbahn und passt sich daher besser an die aufgebrachte Last an.
Der elliptische Bereich des Ballkontakts mit der Laufbahn kann jedoch oberhalb der Laufbahnkante abgeschnitten sein, was zu anderen Problemen führt.
Eine größere Vorspannung kann dazu führen, dass das Lager bereits vor der Belastung erneut überlastet wird.
Die Berechnung des statischen Sicherheitsfaktors oder der dynamischen Lebensdauer erfordert die Hilfe einer Computersoftware, um die einzelnen Kugellasten im gesamten Lager zu ermitteln – mit Reali-Design (z Reali-Slim Zolllager) oder Reali-Design MM (für Metrische Reali-Slim-Lager) Software. Nach deren Berechnung wird anhand der maximalen Belastungssphäre das maximale Spannungsniveau und damit der statische Sicherheitsfaktor ermittelt. Alle Kugellasten werden in einer gewichteten Analyse zur Bestimmung der nominellen Lebensdauer L10 herangezogen.
Grenzgeschwindigkeit von Dünnringlagern
Im Allgemeinen hängt die Bestimmung der maximalen sicheren Betriebsgeschwindigkeit weitgehend von bisherigen Erfahrungen ab. Die Faktoren, die die Drehzahl von Lagern begrenzen, sind sehr komplex, darunter:
Lagerdurchmesser
Verhältnis von Lagerdurchmesser zu Querschnitt
Lagertyp und interne Konfiguration
Verhältnis des Laufrillenradius zum Kugeldurchmesser
Lagerinnenradialspiel oder Vorspannung
Arbeitskontaktwinkel
Peilgenauigkeit (Rundlauf)
Materialien und Design des Kugelkäfigs/Abscheiders
Montagegenauigkeit (Rundheit, Ebenheit unter Last)
Schmierung
Umgebungstemperatur- und Wärmeableitungsmaßnahmen
Dichtungen
Laden
Eine genaue Festlegung von Geschwindigkeitsbegrenzungen ist zwar nicht möglich, doch praktische Anwendungen und die Erfahrung des AUB-Prüflabors bilden die Grundlage für die Festlegung allgemeiner Grenzwerte. Gehen Sie davon aus, dass die Lager korrekt eingebaut sind und über eine ausreichende Wärmeableitung verfügen. Diese Grenzwerte basieren auf einer vollen Lebensdauer von 1 Umdrehungen. Höhere Geschwindigkeiten können toleriert werden, wenn kürzere Lebensdauern akzeptabel sind. Bei Geschwindigkeiten, die sich dem mit der Grenzgeschwindigkeitsformel (n) berechneten Grenzwert nähern oder ihn überschreiten, muss besonderes Augenmerk auf Schmierung und Wärme gelegt werden:
Fett sollte speziell für Hochgeschwindigkeitslager konzipiert sein.
Die Häufigkeit der Nachschmierung muss ausreichend sein, damit immer ausreichend Schmierstoff zur Verfügung steht.
Wenn Öl verwendet wird, sollte der viskose Widerstand minimiert werden, indem der Füllstand kontrolliert, eine Ölschleuder verwendet und/oder kleine Mengen Flüssigkeit oder Nebel dosiert werden.
Die Auswirkungen von Luftturbulenzen bei hohen Geschwindigkeiten können die Einleitung von Öl in kritische Oberflächen sehr erschweren. Daher ist die Konstruktion des Schmiersystems sehr wichtig.
Die folgenden Berechnungen können für offene Dünnringkugellager der Reali-Slim Zoll-Serie bei kontinuierlichen Drehzahlen verwendet werden.
n = 1 000 fl Cf/d
| Cf | = | Berechnungsfaktor (Tabelle 1) |
| d | = | Bohrungsdurchmesser [mm (im)] (Produkttabelle) |
| fl | = | Reduktionsfaktor (Tabelle 2) |
| n | = | Grenzgeschwindigkeit [U/min] |
Wie wählen Sie das beste Dünnringlager für Ihre Anwendung aus?
Die Art und Größe der in einer bestimmten Anwendung erforderlichen Belastungen bestimmt, welches Dünnringlager am besten geeignet ist. In Umgebungen, in denen beispielsweise axiale Belastungen in eine Richtung auftreten, empfiehlt AUB die Verwendung seiner speziellen Schrägkugellager vom Typ A. Diese Option ist auch ideal für Radial- oder kombinierte Schubanwendungen. Dennoch ist es nicht für Anwendungen geeignet, die Momentlasten aufnehmen oder axiale Lasten umkehren müssen.
Sobald größere Momentenbelastungen ermittelt wurden, empfiehlt AUB den Einsatz von X-Profil- oder 4-Punkt-Kontaktkugellagern. Das Design nutzt eine „gotische Bogen“-Laufbahn, um vier Kontaktpunkte zwischen der Kugel und der Laufbahn zu schaffen. Damit ist es die perfekte Lösung für umgekehrte Axiallasten und ideal für Momentlasten. Obwohl Lager vom Typ
Als Standardregel empfiehlt AUB eine sorgfältige Überwachung der Anwendungsgeschwindigkeit (U/min), wenn X-Lager für Kombinationen aus Axial- oder Momentlasten und Radiallasten spezifiziert werden. Das erfahrene Ingenieurteam von AUB erwies sich dabei als große Unterstützung. Sie können auf der Grundlage von Statistiken und Untersuchungen Grenzgeschwindigkeiten und kombinierte Belastungen angeben und ermitteln. Sie fügten außerdem Empfehlungen zur Verwendung von Radiallagern mit kombinierten Radial-, Axial- oder Momentlasten sowie zur Begrenzung der Geschwindigkeit und zur Auswahl des Separators hinzu.
Für radiale Belastungen eignen sich Radialkontaktlager, beispielsweise Typ-C-Lager. Denn ihre tiefen Kugelrillen sorgen für die nötige Haltbarkeit, um höheren Belastungen standzuhalten. Obwohl dieser spezielle Lagertyp in Anwendungen verwendet wird, die hauptsächlich radiale Belastungen tragen, weist Carter darauf hin, dass er auch umgekehrte axiale Belastungen, mäßige axiale Belastungen und Momentbelastungen wirksam aufnehmen kann.
Welche weiteren Einsatzmöglichkeiten gibt es für Dünnringlager?
Dünnringlager wurden vor allem für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot entwickelt und bieten reibungsfreie Lösungen für Gelenkkomponenten wie z Roboter Arme oder andere Gelenke wie Ellenbogen. Verschiedene Arten von Dünnringlagern werden häufig in verschiedenen Institutionen eingesetzt, darunter Luft- und Raumfahrt, medizinische Bildgebung, Robotik, Halbleiter, Datenspeicherung, Werkzeugmaschinen, Verpackungsanlagen, Verpackungsanlagen, Satellitensysteme sowie optische Systeme und Zielsysteme.
AUB ist auf Lösungen rund um das gesamte Sortiment an Dünnringlagern spezialisiert. Unser gut ausgestattetes Ingenieursteam erstellt maßgeschneiderte Lagerkonstruktionen unter Berücksichtigung von Platzbedarf, Belastung, Präzision und Zuverlässigkeit und fertigt sie individuell an Ihre Anwendungsanforderungen an. AUB bietet Präzisionslager mit niedrigem Profil in Größen von 1 Zoll Innendurchmesser (Innendurchmesser) bis 40 Zoll Außendurchmesser (Außendurchmesser) für große Plattenspieler, die in kommerziellen und industriellen Anwendungen eingesetzt werden.